SU1141533A1

SU1141533A1 - Stabilized d.c.voltage converter

Info

Publication number: SU1141533A1
Application number: SU833668551A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Васильевич Кобзев; Геннадий Яковлевич Михальченко; Николай Макарович Музыченко; Александр Иванович Муравьев; Иван Михайлович Панин; Юрий Прокофьевич Шеронов-Елизаров
Priority date: 1983-11-22
Filing date: 1983-11-22
Publication date: 1985-02-23

Abstract

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯ, содержащий блок управлени , состо щий из задающего генератора и широтноимпульсного модул тора, два однотактных инвертора каждый из которых состоит из первого основного управл емого ключа, перйичной обмотки трансформатора и второго основного управл емого ключа, включенных последовательно между первым и вторым входными зажимами, двух рекуперативных диодов, св зывающих первичную обмотку с входыми зажимами,вторичной i обмотки трансформатора,причем вторичные обмотки обоих инверторов через вьшр митель подключены к общему зы .ходному фильтру, отличаю-, щ и и с тем, что, с целью снижени массы и габаритов выходного фильтра , в каждый инвертор введен дополнительный управл емый ключ, включенный между вторым входным зажимом и отпайкой от первичной обмотки трансформатора и дополнительный диод, включенный между первичной Обмоткой и вто (Л рым управл емым ключом, при этом управл ющие входы основныхуправл емых ключей первого и второго инверторов ,св заны с соответствующими противофазными выходами задающего ге нератора, а зшравл ющие входы допол- ,нительных управл емых ключей - с соответствующими противофазными , выходами широтно-импульсного модул тора . &amp;1 DO МA STABILIZED CONSTANT VOLTAGE TURNENT, containing a control unit consisting of a master oscillator and a pulse width modulator, two one-cycle inverters each of which consists of a first main control key, a primary winding of the transformer and a second main control key, connected in series with the wires, which are connected in sequence by one of one of the other keys, which are connected by one to one of the other keys, which are connected in series with the wiring, which are connected in sequence, and connected to one another. , two recuperative diodes connecting the primary winding with the input terminals, the secondary i winding of the transformer, and the secondary windings about their inverters are connected via an inverter to a common pass filter, which differs from the fact that, in order to reduce the weight and size of the output filter, an additional control key is inserted into each inverter, connected between the second input terminal and the tap from transformer primary winding and an additional diode connected between the primary winding and the second (a control key, the control inputs of the main control keys of the first and second inverters are connected to the corresponding antiphase outputs generator of the first n and zshravl inputs of complement, tional actuated key - with respective antiphase, outputs the pulse width modulator. & 1 DO M

Description

11 Изобретение относитс к преобразо вательной технике и может найти применение в стабилизированных вторичных источниках питани , когда требуетс получение посто нного напр жени с минимальными пульсаци ми при высоком качестве стабилизации и минималь ных массогабаритных показателей. Известен преобразователь напр жени , содержащий однотактный инвертор , однополупериодный вьтр митель с фильтром 1. Недостатками данного преобразовател вл ютс плохие массогабаритны показатели выходных фильтров и,соот ветственно, низкое быстродействие преобразовател ввиду того, что на выходе вьшр мител формируютс импульсы напр жени с относительной длительностью 0-0,5. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс стабилизированньй преобразователь посто нного напр жени , содержащий блок управлени , состо щий из задающего генератора и широтно-импульсного модул тора, два однотактных инвертора, каждый из которых состои из первого основного управл емого ключа, первичной обмотки трансформа тора и второго основного управл емого ключа, включенных последовательно между первым и вторым входными зажимами, двух рекуперативных диодов, св зьгоающих первичн ую обмот ку с входными зажимами, вторичной обмотки трансформатора, причем вторичные обмотки обоих инверторов через вьтр митель подключены к общему выходному фильтру С 23. Недостатком известного преобразо вател вл ютс плохие массогабарит ные показатели выходных фильтров, ввиду того, что регулирование и ста билизаци напр жени осуществл ютс с полной глубиной модул ции. Цель изобретени - уменьшение массы и габаритов выходного фильтра Поставленна цель достигаетс тем что в стабилизированном преобразователе посто нного напр жени , содержащем блок управлени , состо щий из задающего генератора и аиротноимпульсного модул тора, два однотак , ных инвертора, каждый из которых со тоит из первого основного управл е мого ключа, первичной обмотки транс форматора и второго основного управ л емого ключа, включенных последовательно между первым и вторым входными зажимами, двух рекуперативных диодов, св зывающих первичную обмотку с входными зажимами, вторичной обмотки трансформатора, причем вторичные обмотки обоих инверторов через вьтр митель подключены к общему выходному фильтру, в каждый инвертор введен дополнительный управл емый ключ, включенный между вторым входным зажимом и отпайкой от первичной обмотки трансформатора, и дополни:тельный диод, включенный между первичной обмоткой и вторым управл емым ключом, при этом управл ющие входы основных управл емых ключей первого и второго инверторов св заны с соответствующими противофазными выходами задающего генератора,а управл ющие вхо-. ды дополнительных управл емых ключей с соответствующими противофазными выходами широтно-импульсного модул тора. На фиг. 1 представлены принципиальна схема силовой части преобразовател и блок-схема управлени , на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу преобразовател . Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени содержит сетевой выпр митель 1, входной фильтр 2, входные зажимы 3 и 4 посто нного тока, два однотактных инвертора 5 и 6, содержащие трансформаторы 7 и 8 и первичными обмотками 9 и 10 и соединенными встречно вторичными обмотками 11 и 12. Первичные обмотки 9 и 10 выполнены с отпайками и состо т из секций 13, 14 и 15, 16 соответственно . Инверторы также содержат первые и вторые основные управл емые ключи 17, 18 и 19, 20 соответственно . Ключи 17-20 подключены к крайним вьшодам первичных обмоток 9 и 10 трансформаторов 7 и 8 и входным зажимам 3 и 4 посто нного тока, причем ключи 19 и 20 - через дополнительные диоды 21 и 22. Дополнительные управл емые ключи 23 и 24 подключены к отпайкам первичных обмоток 9 и 10 трансформаторов 7 и 8 и второму зажиму 4 посто нного тока. Кроме того, силова часть содержит рекуперативные диоды 25-28, защитные КС-цепи 29 и 30, выходной вьтр митель 31, общий выходной фильтр 32, выходные зажимы которого образуют выход преобразовател .11 The invention relates to a conversion technique and can be used in stabilized secondary power sources when it is necessary to obtain a constant voltage with minimal pulsations with high quality stabilization and minimal weight and size parameters. A voltage converter containing a single-ended inverter, a half-wave converter with filter 1 is known. The disadvantages of this converter are poor weight and size parameters of output filters and, accordingly, low speed of the converter because voltage pulses with a relative duration of 0 are generated at the output of the sensor. -0.5. The closest in technical essence to the present invention is a stabilized DC voltage converter containing a control unit consisting of a master oscillator and a pulse-width modulator, two single-ended inverters, each of which consists of a first main control key, the primary winding of the transformer torus and the second main controlled key, connected in series between the first and second input terminals, two regenerative diodes connecting the primary winding with the input terminals The secondary windings of the transformer, and the secondary windings of both inverters are connected to a common output filter C 23 through a paramotor. The disadvantage of the known converter is the poor weight and size characteristics of the output filters, since the voltage is stabilized and stabilized with full depth modulation. The purpose of the invention is to reduce the mass and size of the output filter. The goal is achieved by the fact that in a stabilized DC voltage converter containing a control unit consisting of a master oscillator and an air-pulse modulator, there are two one-time inverters, each of which consists of a first main a controllable key, a primary winding of a transformer and a second main controllable key, connected in series between the first and second input terminals, two regenerative diodes, coupling primary winding with input terminals, the secondary winding of the transformer, and the secondary windings of both inverters are connected to the common output filter through the coupler, an additional control key is inserted into each inverter, connected between the second input terminal and the tap-off from the transformer primary winding, and an additional a diode connected between the primary winding and the second control key, and the control inputs of the main control keys of the first and second inverters are connected to the corresponding antiphase the outputs of the master oscillator, and the control inputs. Additional controlled keys with corresponding antiphase outputs of a pulse-width modulator. FIG. 1 is a circuit diagram of a power section of a converter and a control block diagram, FIG. 2 - timing diagrams that show the operation of the converter. The stabilized DC / DC converter contains a mains rectifier 1, an input filter 2, input terminals 3 and 4 of the direct current, two single-ended inverters 5 and 6 containing transformers 7 and 8 and primary windings 9 and 10 and counter-connected secondary windings 11 and 12. The primary windings 9 and 10 are made with taps and consist of sections 13, 14 and 15, 16, respectively. Inverters also contain the first and second main control keys 17, 18 and 19, 20, respectively. Keys 17-20 are connected to the extreme outlets of the primary windings 9 and 10 of transformers 7 and 8 and DC input terminals 3 and 4, with keys 19 and 20 through additional diodes 21 and 22. Additional controllable keys 23 and 24 are connected to taps the primary windings 9 and 10 of transformers 7 and 8 and the second terminal 4 of direct current. In addition, the power part contains regenerative diodes 25-28, protective KS circuits 29 and 30, output terminator 31, common output filter 32, the output terminals of which form the output of the converter.

Блок 33 управлени содержит задающий генератор, выполненный на генераторе 34 импульсов и триггере 35, усилитель 36 сигнала ошибки, широтно-импульсный модул тор, который состоит из последовательно включённых генератора 37 пилообразного напр жени , компаратора 38 и логического узла 39, блоки 40-43 гальванической разв зки образуют противофазные выходы задающего генератора и широтно-импульсного модул тора блока 33 управлени .The control unit 33 comprises a master oscillator made on a pulse generator 34 and a trigger 35, an error signal amplifier 36, a pulse-width modulator, which consists of a series-connected generator 37 of a sawtooth voltage, a comparator 38 and a logic node 39, blocks 40-43 galvanic The isolators form the antiphase outputs of the master oscillator and the pulse-width modulator of the control unit 33.

На фиг. 2 обозначено: 44 - импуль сы синхронизации генератора 34 импульсов; 45 и 46 - напр жени на противотактных выходах триггера 35; ;47 - напр жение на выходе генератора 37 пилообразного напр жени ,- 48 напр жение на выходе усилител 36 сигнала ошибки; 49 - напр жение на выходе компаратора 38; 50 и 51 напр жени на выходах логического узла 39; 52 и 53 - напр жени , действующие на вторичных обмотках 11 и 12 трансформаторов 7 и 8; 54 и 55 - потребл емые токи инверторов 5 и 6 соответственно; 56 - общий потребл емый инверторами ток; 57 напр жение на выходе выпр мител 31FIG. 2 denotes: 44 - synchronization pulses of the generator 34 pulses; 45 and 46 - voltage at the counter-action outputs of the trigger 35; 47 is the voltage at the output of the saw-tooth generator 37, 48 is the voltage at the output of the error signal amplifier 36; 49 is the voltage at the output of the comparator 38; 50 and 51 voltages at the outputs of logic node 39; 52 and 53 are the voltages acting on the secondary windings 11 and 12 of transformers 7 and 8; 54 and 55 are consumed currents of inverters 5 and 6, respectively; 56 is the total current consumed by the inverters; 57 voltage at the output of the rectifier 31

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

Импульсы 44 с выхода генератора 34 поступают на входы триггера 35 и генератора 37 пилообразного напр жени , осуществл их синхронную работу. С противотактных выходов триггера 35 импульсы 45 и 46 управлени через блоки 40 и 41 разв зки в противофазе поступают на 1 нверторы 5 и 6, обеспечива поочередное за 1кание одновременно либо ключей 17 и 19, либо 18 и 20. С выхода генератора 37 пилообразного напр жени мпульсы 47 поступают на один из входов компаратора 38, на другой вхо которого подаетс напр жение 48 сигнала ошибки. На входы усилител 36 сигнала ошибки подаетс опорное напр жение и напр жение обратной св зи, снимаемое с выхода преобразовател , а на выходе формируетс напр жение 48 сигнала ошибки, пропорциональное разности Указанных напр жений . С выхода компаратора 38 импульсы напр жени 49, длительность которых определ етс величиной напр жени 48 сигнала ошибки, поступаютThe pulses 44 from the output of the generator 34 are fed to the inputs of the trigger 35 and the generator 37 of the sawtooth voltage, having carried out their synchronous operation. From the counter-outputs of the trigger 35, the control pulses 45 and 46 through the blocks 40 and 41 isolations in antiphase arrive at 1 inverters 5 and 6, providing alternately for either keys 17 and 19 or 18 and 20 simultaneously. From the generator 37 output, sawtooth voltage The pulses 47 are fed to one of the inputs of the comparator 38, to the other input of which an error signal voltage 48 is applied. The inputs of the error signal amplifier 36 are supplied with a reference voltage and feedback voltage taken from the output of the converter, and an error signal voltage 48 is generated at the output that is proportional to the difference between the indicated voltages. From the output of the comparator 38, voltage pulses 49, the duration of which is determined by the magnitude of the error signal voltage 48, are received

на вход логического узла 39, на два других входа которого подаютс импульсы напр жени 45 и 46. Если н одном из выходов триггера 35 действет сигнал, равный уровню логической единицы, то на другом - уровню логического нул , который запрещает прохождение в данный полупериод напр жени 49 с выхода компаратора 38. С выходов логического узла 39 импульсы 50 и 51 через блоки 42 и 43 разв зки в противофазе поступают на управл ющие цепи ключей 23 и 24 соответственно.the input of logic node 39, to the other two inputs of which voltage pulses 45 and 46 are applied. If one of the outputs of flip-flop 35 has a signal equal to the level of a logical unit, then the other - the level of logical zero, which prevents the voltage from passing through this half-period 49 from the output of the comparator 38. From the outputs of the logic node 39, the pulses 50 and 51 through the blocks 42 and 43 in phase out of the phase arrive at the control circuits of the keys 23 and 24 respectively.

Рассмотрим работу преобразовател по временным диаграммам. В момент t в соответствии с импульсами 45 управлени происходит замыкание ключей 17 и 19 и подключение первичной обмотки 9 трансформатора 7 к зажимам 3 и 4 посто нного тока. На вторичной обмотке 11 этого трансформатора формируетс найр жение 52 определ емое соотношением чисел витков обмоток 9 и 11. В момент t, определ емый величиной сигнала 48 ошибки (сплошна лини ), по вл етс импульс на выходе компаратора 38, замыкающий ключ 23. Диод 21 предотвращает короткое замыкание по контуру: секци 14, ключи 19 и 23, секци 14. В момент t дискретно измен етс коэффициент трансформации трансформатора 7 и на вторичной обмотке 11 напр жение определ етс соотношением чисел витков секции 13 и обмотки 11. В момент t (после изменени состо ни триггера 35) вступает в работу инвертор 6 и работает аналогино инвертору 5, а ключи 17, 19 и 23 размыкаютс , ток в хэбмотке 13 проте кает по цепи: обмотка 13, диод 25, зажимы 3 и 4, диод 27, обмотка 13, а в обмотке 14 - по цепи: обмотка 14, диод 21, RC-цепь 29, диод 27, обмотки 13 и 14, исключа перенапр жение на ключах. За врем от момента t3 до t работает инвертор 6 и размагничиваетс трансформатор 7.Consider the work of the transducer on the time diagrams. At the time t, in accordance with the control pulses 45, the keys 17 and 19 are closed and the primary winding 9 of the transformer 7 is connected to the DC terminals 3 and 4. On the secondary winding 11 of this transformer, detection 52 is defined by the ratio of the numbers of turns of windings 9 and 11. At time t, determined by the magnitude of the error signal 48 (solid line), a pulse appears at the output of the comparator 38, the closing switch 23. prevents a short circuit around the circuit: section 14, keys 19 and 23, section 14. At time t, the transformation ratio of the transformer 7 changes discretely and the voltage on secondary winding 11 is determined by the ratio of the number of turns of section 13 and winding 11. At time t (after state change Neither trigger 35) inverter 6 comes into operation and works analogously to inverter 5, and keys 17, 19 and 23 open, current in hebmot 13 flows along a circuit: winding 13, diode 25, clamps 3 and 4, diode 27, winding 13, and in winding 14 - along the circuit: winding 14, diode 21, RC circuit 29, diode 27, windings 13 and 14, excluding overvoltage on the keys. During the time from time t3 to t, the inverter 6 operates and the transformer 7 is demagnetized.

На диаграммах 54-56 показаны токи потреблени инверторов 5 и 6 и общий ток потреблени обоих инверторов соответственно. Пунктирными лини ми на диаграммах показаны изменени напр жений при изменении, например уменьшении, напр жени сети, при этом величина посто нной составл ющей 58 наЬр жени 57 на выходе выпр мител 31 остаетс посто нной. Так осуществл етс стабшшзаци напр жений на выходе преобразовател .Diagrams 54-56 show the current consumption of inverters 5 and 6 and the total current consumption of both inverters, respectively. The dashed lines in the diagrams show the voltage changes as the network voltage changes, for example, decreases, while the value of the constant component 58 of the voltage 57 at the output of the rectifier 31 remains constant. This is how voltage is stabilized at the output of the converter.

Таким образом, введение в инверторы дополнительный управл емыхThus, the introduction to inverters of additional controlled

ключей и диодов, а также соответствующее построение управлени клю- . чами позвол ет осуществл ть частичную модул цию выходных инверторов, что, как известно, снижает массу и габариты выходного фильтра.keys and diodes, as well as the corresponding construction of the control key. This allows partial modulation of the output inverters, which, as is well known, reduces the weight and size of the output filter.

Claims

A stabilized DC-DC converter containing a control unit consisting of a master oscillator and a pulse-width modulator, two one-cycle inverters, each of which consists of a first main controlled key, a transformer primary and a second main controlled key connected in series between the first and second input terminals, two regenerative diodes connecting the primary winding to the input terminals, the secondary ι winding of the transformer, and the secondary windings of both and The rotors are connected through a rectifier to a common output filter, distinguished by the fact that, in order to reduce the mass and dimensions of the output filter, an additional controlled key is inserted into each inverter, connected between the second input terminal and the tap from the primary winding of the transformer and an additional diode, included — 5 between the primary winding and the second controlled key, with K control inputs of the main controlled | A keys of the first and second inverted | the tori are connected with the corresponding 3 antiphase outputs of the master oscillator, and the control inputs of the additional controlled keys are associated with the corresponding antiphase outputs of the pulse-width modulator.

41533